Tryck

Vätsketryckredigera

vätsketryck är oftast tryckspänningen vid någon tidpunkt i en vätska. (Termen vätska avser både vätskor och gaser – för mer information specifikt om vätsketryck, se avsnittet nedan.)

vätsketryck uppstår i en av två situationer:

1. ett öppet tillstånd, kallat “Öppet kanalflöde”, t.ex. havet, en pool eller atmosfären.
2. ett slutet tillstånd, kallat “stängd ledning”, t.ex. en vattenledning eller gasledning.

Tryck i öppna förhållanden kan vanligtvis approximeras som trycket i “statiska” eller icke-rörliga förhållanden (även i havet där det finns vågor och strömmar), eftersom rörelserna endast skapar försumbara förändringar i trycket. Sådana förhållanden överensstämmer med principerna för flytande statik. Trycket vid en given punkt av en icke-rörlig (statisk) vätska kallas det hydrostatiska trycket.

slutna vätskekroppar är antingen “statiska”, när vätskan inte rör sig, eller” dynamiska”, när vätskan kan röra sig som i antingen ett rör eller genom att komprimera ett luftgap i en sluten behållare. Trycket i slutna förhållanden överensstämmer med principerna för vätskedynamik.

begreppen vätsketryck tillskrivs främst upptäckterna av Blaise Pascal och Daniel Bernoulli. Bernoullis ekvation kan användas i nästan alla situationer för att bestämma trycket när som helst i en vätska. Ekvationen gör vissa antaganden om vätskan, såsom att vätskan är idealisk och inkompressibel. En idealisk vätska är en vätska där det inte finns någon friktion, den är inviscid (nollviskositet). Ekvationen för alla punkter i ett system som är fyllt med en vätska med konstant densitet är

p IC + v 2 2 g + z = c o n S t, {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }} + {\frac {v^{2}}{2G}} + z= \ mathrm {const} ,}

där:

p, vätskans tryck, {\displaystyle {\gamma }}

= PG, densitet acceleration av tyngdkraften är vätskans (volym-) specifika vikt, v, vätskans hastighet, g, gravitationsacceleration, z, höjd, p {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }}}

, tryckhuvud, v 2 2 g {\displaystyle {\frac {v^{2}}{2g}}}

, hastighetshuvud.

ApplicationsEdit

• hydrauliska bromsar
• artesisk brunn
• blodtryck
• hydrauliskt Huvud
• växtcellens turgiditet
• Pythagorean cup

Explosion eller

explosions-eller Deflagrationstryck är resultatet av antändning av explosiva gaser, dimmor, damm – /luftupphängningar, i okonfinerade och trånga utrymmen.

negativt tryckredigera

medan tryck är, i allmänhet, positiva, det finns flera situationer där negativa tryck kan uppstå:

• vid hantering i relativa (gauge) tryck. Till exempel kan ett absolut tryck på 80 kPa beskrivas som ett mätartryck på -21 kPa (dvs. 21 kPa under ett atmosfärstryck på 101 kPa). Till exempel är bukdekompression ett obstetriskt förfarande under vilket negativt mätartryck appliceras intermittent på en gravid kvinnas buk.
• negativa absoluta tryck är möjliga. De är effektivt spänning, och både bulk fasta ämnen och bulk vätskor kan sättas under negativt absolut tryck genom att dra på dem. Mikroskopiskt har molekylerna i fasta ämnen och vätskor attraktiva interaktioner som övermanar den termiska kinetiska energin, så viss spänning kan upprätthållas. Termodynamiskt är emellertid ett bulkmaterial under undertryck i metastabilt tillstånd, och det är särskilt bräckligt när det gäller vätskor där undertryckstillståndet liknar överhettning och är lätt mottagligt för kavitation. I vissa situationer kan kavitationen undvikas och negativt tryck upprätthålls på obestämd tid, till exempel har flytande kvicksilver observerats för att upprätthålla upp till -425 atm i rena glasbehållare. Negativa vätsketryck tros vara involverade i uppstigningen av sap i växter högre än 10 m (atmosfärstryckets vattenhuvud).
• Casimir-effekten kan skapa en liten attraktiv kraft på grund av interaktioner med vakuumenergi; denna kraft kallas ibland “vakuumtryck” (inte att förväxla med det negativa mätartrycket i ett vakuum).
• för icke-isotropa spänningar i styva kroppar, beroende på hur orienteringen av en yta väljs, kan samma kraftfördelning ha en komponent med positivt tryck längs en yta normal, med en komponent med negativt tryck som verkar längs en annan yta normal.
  • spänningarna i ett elektromagnetiskt fält är i allmänhet icke-isotropa, med trycket normalt till ett ytelement (den normala spänningen) är negativ och positiv för ytelement vinkelrätt mot detta.
• i kosmologi skapar mörk energi en mycket liten men kosmiskt signifikant mängd negativt tryck, vilket accelererar universums expansion.

Stagnationstryckedit

Stagnationstryck är det tryck som en vätska utövar när den tvingas sluta röra sig. Följaktligen, även om en vätska som rör sig med högre hastighet kommer att ha ett lägre statiskt tryck, kan det ha ett högre stagnationstryck när det tvingas stanna. Statiskt tryck och stagnationstryck är relaterade till:

p 0 = 1 2 msk v 2 + p {\displaystyle P_{0}={\frac {1}{2}} \ rho v^{2}+p}

där

p 0 {\displaystyle p_{0}}

är stagnationstrycket, {\displaystyle \rho}

är densiteten, v {\displaystyle v}

är flödeshastigheten, p {\displaystyle p}

är det statiska trycket.

trycket i en rörlig vätska kan mätas med hjälp av ett pitotrör, eller en av dess variationer, såsom en Kiel-sond eller Cobra-sond, ansluten till en manometer. Beroende på var inloppshålen finns på sonden kan den mäta statiska tryck eller stagnationstryck.

yttryck och ytspänningredigera

det finns en tvådimensionell analog av tryck-sidokraften per längdenhet applicerad på en linje vinkelrätt mot kraften.

yttrycket betecknas med:

= = f l {\displaystyle \ pi ={\frac {f}{l}}}

och delar många liknande egenskaper med tredimensionellt tryck. Egenskaper hos ytkemikalier kan undersökas genom att mäta tryck / områdesisotermer, som den tvådimensionella analogen av Boyles lag, nA = k, vid konstant temperatur.

ytspänning är ett annat exempel på yttryck, men med ett omvänd tecken, eftersom “spänning” är motsatsen till “tryck”.

tryck av en ideal gasEdit

i en ideal gas har molekyler ingen volym och interagerar inte. Enligt den ideala gaslagen varierar trycket linjärt med temperatur och kvantitet och omvänt med volym:

p = n R T V, {\displaystyle p={\frac {nRT}{V}},}

där:

p är gasens absoluta tryck, n är mängden ämne, T är den absoluta temperaturen, V är volymen, R är den ideala gaskonstanten.

verkliga gaser uppvisar ett mer komplext beroende av tillståndsvariablerna.

Ångtryckredigera

ångtryck är trycket av en ånga i termodynamisk jämvikt med dess kondenserade faser i ett slutet system. Alla vätskor och fasta ämnen har en tendens att avdunsta till gasform, och alla gaser har en tendens att kondensera tillbaka till sin flytande eller fasta form.

atmosfärstryckets kokpunkt för en vätska (även känd som normal kokpunkt) är temperaturen vid vilken ångtrycket är lika med det omgivande atmosfärstrycket. Med varje stegvis ökning av den temperaturen blir ångtrycket tillräckligt för att övervinna atmosfärstrycket och lyfta vätskan för att bilda ångbubblor inuti huvuddelen av ämnet. Bubbelbildning djupare i vätskan kräver ett högre tryck och därmed högre temperatur, eftersom vätsketrycket ökar över atmosfärstrycket när djupet ökar.

ångtrycket som en enda komponent i en blandning bidrar till det totala trycket i systemet kallas partiellt ångtryck.

Vätsketryckredigera

när en person simmar under vattnet känns vattentrycket som verkar på personens trumhinnor. Ju djupare personen simmar, desto större tryck. Tryckfilten beror på vikten av vattnet ovanför personen. När någon simmar djupare finns det mer vatten över personen och därför större tryck. Trycket som en vätska utövar beror på dess djup.

vätsketryck beror också på vätskans densitet. Om någon var nedsänkt i en vätska som är tätare än vatten, skulle trycket vara motsvarande större. Således kan vi säga att djupet, densiteten och vätsketrycket är direkt proportionella. Trycket på grund av en vätska i flytande kolonner med konstant densitet eller på ett djup inom ett ämne representeras av följande formel:

p = POV G H, {\displaystyle P= \ rho gh,}

där:

p är vätsketryck, g är gravitation vid ytan av överlagringsmaterial, är Xiaomi Vätsketäthet, h är höjd av vätskekolonn eller djup inom ett ämne.

ett annat sätt att säga samma formel är följande:

p = viktdensitet ozondjup . {\displaystyle p={\text{weight density}}\times {\text{depth}}.}

Derivation av denna ekvation

detta härrör från definitionerna av tryck och viktdensitet. Tänk på ett område längst ner i ett vätskekärl. Vikten av vätskekolonnen direkt ovanför detta område ger tryck. Från definitionen weight density = weight volume {\displaystyle {\text{weight density}}={\frac {\text{weight}} {\text{volume}}}}

vi kan uttrycka denna vikt av vätska som

weight = weight density Ltd volym, {\displaystyle {\text{weight}} = {\text{weight density}} \ times {\text{volume}},}

där kolonnens volym helt enkelt är området multiplicerat med djupet. Då har vi

pressure = force area = weight area = weight area = weight density augl volume area, {\displaystyle {\text{pressure}}={\frac {\text{force}} {\text{area}}={\frac {\text{weight}} {\text{area}}}={\frac {{\text{weight density}} \ times {\text{volume}}} {\text{area}}},}

tryck = vikt densitet (område) område (område). {\displaystyle {\text{pressure}}={\frac {{\text{weight density}}\times {\text {(area}} \ times {\text{depth)}}} {\text{area}}}.}

med ” området “i täljaren och” området ” i nämnaren avbryter varandra, är vi kvar med

tryck = viktdensitet äppledjup . {\displaystyle {\text{pressure}}={\text{weight density}}\times {\text{depth}}.}

skrivet med symboler, detta är vår ursprungliga ekvation:

p = Bisexuell G h . {\displaystyle p= \ rho gh.}

trycket en vätska utövar mot sidorna och botten av en behållare beror på vätskans densitet och djup. Om atmosfärstrycket försummas är vätsketrycket mot botten dubbelt så stort vid dubbelt djup; vid tre gånger djupet är vätsketrycket trefaldigt; etc. Eller, om vätskan är två eller tre gånger så tät, vätsketrycket är motsvarande två eller tre gånger så stor för varje givet djup. Vätskor är praktiskt taget inkompressibla-det vill säga deras volym kan knappast ändras genom tryck (vattenvolymen minskar med endast 50 miljoner av sin ursprungliga volym för varje atmosfärisk tryckökning). Således, förutom små förändringar som produceras av temperaturen, är densiteten hos en viss vätska praktiskt taget densamma vid alla djup.

atmosfärstryck tryckning på ytan av en vätska måste beaktas när man försöker upptäcka det totala trycket som verkar på en vätska. Det totala trycket hos en vätska är då pgh plus atmosfärens tryck. När denna skillnad är viktig används termen totalt tryck. Annars hänvisar diskussioner om vätsketryck till tryck utan hänsyn till det normalt ständigt närvarande atmosfärstrycket.

trycket beror inte på mängden vätska som finns. Volym är inte den viktiga faktorn – djupet är. Det genomsnittliga vattentrycket som verkar mot en damm beror på vattnets genomsnittliga djup och inte på volymen av vatten som hålls tillbaka. Till exempel utövar en bred men grund sjö med ett djup av 3 m (10 ft) bara hälften av det genomsnittliga trycket som en liten 6 m (20 ft) djup damm gör. (Den totala kraften som appliceras på den längre dammen blir större på grund av den större totala ytan för trycket att verka på. Men för en given 5 fot (1,5 m) bred sektion av varje damm kommer 10 fot (3,0 m) djupt vatten att tillämpa en fjärdedel kraften på 20 fot (6,1 m) djupt vatten). En person kommer att känna samma tryck om hans / hennes huvud dunkas en meter under vattenytan i en liten pool eller till samma djup mitt i en stor sjö. Om fyra vaser innehåller olika mängder vatten men alla är fyllda till lika djup, kommer en fisk med huvudet dunkat några centimeter under ytan att påverkas av vattentrycket som är detsamma i någon av vaserna. Om fisken simmar några centimeter djupare kommer trycket på fisken att öka med djupet och vara detsamma oavsett vilken vas fisken är i. Om fisken simmar till botten blir trycket större, men det spelar ingen roll vilken vas den är i. Alla vaser är fyllda till lika djup, så vattentrycket är detsamma i botten av varje vas, oavsett form eller volym. Om vattentrycket i botten av en vas var större än vattentrycket i botten av en angränsande vas, skulle det större trycket tvinga vatten i sidled och sedan upp den smalare vasen till en högre nivå tills trycket i botten utjämnades. Trycket är djupberoende, inte volymberoende, så det finns en anledning att vatten söker sin egen nivå.

Återställ detta som energiekvation, energin per volymenhet i en idealisk, inkompressibel vätska är konstant genom hela sitt kärl. Vid ytan är gravitationspotentialenergin stor men vätsketrycksenergin är låg. I botten av kärlet omvandlas all gravitationspotentialenergi till tryckenergi. Summan av tryckenergi och gravitationspotentialenergi per volymenhet är konstant genom vätskans volym och de två energikomponenterna förändras linjärt med djupet. Matematiskt beskrivs det av Bernoullis ekvation, där hastighetshuvudet är noll och jämförelser per volymenhet i kärlet är

p Bisexuell + z = c o n S t . {\displaystyle {\frac {p} {\gamma }} + z=\mathrm {const}.}

termer har samma betydelse som i avsnitt vätsketryck.

riktning av vätsketryckredigera

ett experimentellt bestämt faktum om vätsketryck är att det utövas lika i alla riktningar. Om någon är nedsänkt i vatten, oavsett vilket sätt den personen lutar på huvudet, kommer personen att känna samma mängd vattentryck på öronen. Eftersom en vätska kan Strömma är detta tryck inte bara nedåt. Tryck ses verkar i sidled när vatten sprutar i sidled från en läcka i sidan av en upprätt burk. Trycket verkar också uppåt, vilket visas när någon försöker skjuta en badboll under vattenytan. Botten på en båt skjuts uppåt av vattentryck (flytkraft).

när en vätska pressar mot en yta finns det en nätkraft som är vinkelrätt mot ytan. Även om tryck inte har en specifik riktning, gör kraft det. Ett nedsänkt triangulärt block har vatten tvingat mot varje punkt från många håll, men komponenter i kraften som inte är vinkelräta mot ytan avbryter varandra och lämnar bara en vinkelrät punkt. Därför lämnar vatten som sprutar från ett hål i en hink initialt skopan i en riktning i rät vinkel mot ytan på skopan där hålet är beläget. Sedan böjer den sig nedåt på grund av tyngdkraften. Om det finns tre hål i en hink (topp, botten och mitten), kommer kraftvektorerna vinkelrätt mot den inre behållarens yta att öka med ökande djup – det vill säga ett större tryck i botten gör det så att bottenhålet kommer att skjuta vatten längst ut. Kraften som utövas av en vätska på en slät yta är alltid i rät vinkel mot ytan. Vätskans hastighet ut ur hålet är 2 g H {\displaystyle \ scriptstyle {\sqrt {2gh}}}

, där h är djupet under den fria ytan. Detta är samma hastighet som vattnet (eller något annat) skulle ha om det fritt faller samma vertikala avstånd h.

Kinematiskt tryckredigera

P = P / 0 {\displaystyle P=p/ \ rho _{0}}

är det kinematiska trycket, där p {\displaystyle p}

är trycket och 0 {\displaystyle \ rho _{0}}

konstant massdensitet. SI-enheten för P är m2 / s2. Kinematiskt tryck används på samma sätt som kinematisk viskositet 2 {\displaystyle+}

för att beräkna Navier–Stokes ekvation utan att uttryckligen visa densiteten 0 {\displaystyle + rho _{0}}

. Navier-Stokes ekvation med kinematiska kvantiteter . {\displaystyle {\frac {\partial u} {\partial t}}+(u\nabla )u=-\nabla P+\nu \ nabla ^{2}u.}